TINJAUAN PUSTAKA
B. Carbon Nanodots (Cdots)
Secara khas, Cdots dengan ukuran di bawah 10 nm memiliki kerangka karbon sp2 dan permukaannya dilapisi dengan kelompok yang mengandung oksigen, polimer, atau spesies lainnya (Bao et al, 2015).
Material ini pertama kali diperoleh dalam pemurnian single-walled carbon nanotube (SWCNT) melalui proses elektroforensis pada tahun 2004.
Berikut merupakan hasil karakterisasi Cdots menggunakan UV-Vis, PL, TRPL, dan kestabilan Cdots dengan PL pada daun bayam menurut (Li et al, 2017).
11
Gambar 2.2. Karakterisasi Cdots menggunakan berbagai instrumen.
Salah satu sifat istimewa yang dimiliki oleh nanomaterial adalah luas permukaannya. Luas permukaan akan meningkat dengan mengecilnya ukuran partikel. Meningkatnya presentasi atom pada permukaan akan meningkatkan reaktivitas partikel sehingga dapat berpengaruh pada partikel yang berfungsi sebagai katalis (Abdullah, 2010). Contoh sifat luminesensi Cdots dapat dilihat pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3. Sifat Photoluminescent dari Cdots (Abdullah, 2010).
12
Selain itu, ciri lain dari sifat Cdots adalah luminesensi.
Luminesensi merupakan fenomena fisika berupa pancaran yang melibatkan penyerapan energi dan emisi cahaya. Cdots yang telah disintesis memiliki karakteristik luminesensi dapat dilihat pada sumber eksitasi sinar UV. Sinar UV yang diserap mampu membangkitkan elektron dan menghasilkan cahaya yang disebabkan oleh elektron yang mengalami proses rekombinasi (deeksitasi). Disebut rekombinasi karena elektron bergabung kembali dengan hole sehingga hole menjadi hilang. Saat proses deeksitasi ini dilepaskan energi berupa panas atau pemancaran cahaya.
Deeksitasi yang disertai pelepasan panas disebut transisi tanpa radiasi, sedangkan deeksitasi disertai pemancaran gelombang elektromagnetik disebut transisi radiatif (Rahmayanti, 2015). Pada transisi radiatif, energi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan kira-kira sama dengan lebar celah pita energi, yaitu hf’≈Eg.
Dalam beberapa tahun terakhir, banyak metode sintesis yang telah dikembangkan. Metode sintesis yang berbeda menyebabkan perbedaan inti karbogenik (carbogenic core) dan struktur permukaan (surface structure) dari Cdots seiring dengan perbedaan karakteristik yang terkait dengan komposisi, luminesensi, fungsionalisasi, bio-kompatibilitas, pasivasi permukaan, dan sebagainya. Metode sintesis yang berbeda dengan menggunakan prekursor yang berbeda juga menghasilkan kadar karbon, oksigen, dan nitrogen yang berbeda, dengan gugus fungsi yang berbeda, dan karena itu menghasilkan perbedaan permukaan dan sifat fungsional
13
lainnya. Cdots yang disintesis menggunakan metode yang berbeda ditemukan terdiri dari karbon amorf, sampai nanocrystalline graphitic atau turbostatic (sp2 Carbon), sampai berlian seperti struktur inti (sp3 Carbon).
C. Oven
Oven merupakan teknologi yang cukup sederhana. Harrison et al.
(2000) dalam Saputra dan Ningrum (2010) menjelaskan oven adalah alat untuk memanaskan, memanggang, dan mengeringkan. Oven dapat digunakan sebagai pengering apabila dengan kombinasi pemanas dengan hunidity rendah dan sirkulasi udara yang cukup. Kecepatan pengeringan tergantung kadar air dan tebal bahan yang dikeringkan. Penggunaan oven biasanya digunakan untuk skala kecil. Oven yang paling umum yaitu oven listrik (electric oven) yang dioperasikan pada tekanan atmosfer.
Oven listrik adalah oven yang menggunakan energi listrik sebagai bahan bakar utama sebagai pembakaran oven, tenaga listrik sebagai daya utama yang menggerakan heater dan pengendali oven (Istiadi dan Tjahjono, 2010). Oven listrik dalam pengendalian temperatur umumnya menggunakan sensor thermocouple dan thermostat sebagai pengatur pensaklaran elemen pemanas. Sedangkan pengendalian waktu pada oven umumnya menggunakan timer. Thermocouple adalah transduser aktif untuk suhu yang tersusun dari dua buah logam berbeda dengan titik pembacaan pada pertemuan kedua logam dan titik yang lain sebagai outputnya. Hubungan antara tegangan dan pengaruhnya terhadap suhu
14
masing-masing titik pertemuan dua buah kawat adalah linear (Eckersdorf et al, 1991).
Elemen pemanas merupakan piranti yang mengubah energi listrik menjadi energi panas melalui proses Joule Heating. Persyaratan elemen pemanas antara lain harus tahan lama pada suhu yang dikehendaki, sifat mekanisnya harus kuat pada suhu yang dikehendaki, koefisien muai harus kecil sehingga perubahan bentuknya pada suhu yang dikehendaki tidak terlalu besar, tahanan jenisnya harus tinggi, dan koefisien suhunya harus kecil sehingga arus kerjanya sedapat mungkin konstan (Gao et al, 2011).
Timer pada oven listrik berfungsi untuk pengaturan waktu kerja yang akan memutus aliran listrik ke rangkaian pemanas jika suatu nilai waktu yang telah ditentukan terlampaui (Istiadi dan Tjahjono, 2010).
Timer pada oven listrik akan menyala ketika oven listrik menyala. Ketika oven listrik mengalami overheat maka oven listrik akan mati beberapa saat dan akan menyala kembali ketika timer belum selesai. Hal ini diakibatkan adanya bimetal pada oven listrik jika bimetal panas maka bimetal akan menjadi lurus sehingga memutuskan arus listrik dan jika bimetal kembali ke temperatur normal maka bimetal akan kembali melengkung dan menyambungkan arus listrik. Kelebihan dari oven listrik adalah lebih mudahnya dalam pengaturan temperatur didalam oven, sehingga oven listrik banyak digunakan dipabrik-pabrik yang membutuhkan kecepatan dan hasil yang memuaskan.
15 D. Biogas
Biogas adalah gas yang mudah terbakar (flammable) yang dihasilkan dari proses fermentasi (pembusukan) bahan-bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerob (bakteri yang hidup dalam kondisi tanpa oksigen yang ada dalam udara). Bahan-bahan organik adalah bahan-bahan yang dapat terurai kembali menjadi tanah, misal sampah dan kotoran hewan (sapi, kambing, babi, dan ayam). Proses fermentasi ini sebetulnya terjadi secara alamiah tetapi membutuhkan waktu yang relatif lama. Biogas merupakan salah satu sumber energi terbaharukan karena keberadaan bahan baku akan terus ada selama kehidupan ini masih berlangsung.
Biogas berbeda dengan bahan bakar fosil (minyak bumi dan batu bara) yang merupakan bahan bakar tidak dapat diperbaharui. Komposisi biogas secara umum ditampilkan dalam Tabel 2.2.
Tabel 2.2. Komposisi biogas secara umum
Komponen %
Sumber: pusat informasi dokumentasi PTP-ITB.F, dalam Harsono, 2013
16 menyalakan lampu dengan daya 50-100 watt selama 3-8 jam. Perhitungan nilai energi yang dihasilkan dari biogas dapat dilakukan yaitu dengan mengasumsi 1 kg kotoran sapi bisa menghasilkan 0,03 m3 gas. Jumlah kotoran yang dihasilkan oleh satu ekor sapi tiap hari sekitar 10 kg.
Berikut ini adalah beberapa tahapan terbentuknya biogas dari proses fermentasi anaerob:
1. Tahap hidrolisis
Pada tahap hidrolisis, bahan-bahan biomassa yang mengandung selulosa, hemiselulosa, dan bahan ekstraktif seperti protein, karbohidrat dan lipida akan diurai menjadi senyawa dengan rantai yang lebih pendek (Dennis dan Burke, 2001). Pada tahap hidrolisis, mikroorganisme yang berperan adalah enzim ekstraselular seperti selulose, amilase, protease dan lipase. Reaksi yang terjadi pada tahap ini sebagai berikut:
(C6H10O5)n + nH2O → n(C6H12O6) + sel mikroorganisme 2. Tahap pengasaman (asidifikasi)
Pada tahap pengasaman, bakteri akan menghasilkan asam yang akan berfungsi untuk mengubah senyawa pendek hasil hidrolisis
17
menjadi asam asetat, H2 dan CO2. Bakteri ini merupakan bakteri anaerob yang dapat tumbuh pada keadaan asam (pH 5,5-6,5) dan bekerja secara optimum pada temperatur sekitar 30°C. Untuk menghasilkan asam asetat, bakteri tersebut memerlukan oksigen dan karbon yang diperoleh dari oksigen yang terlarut dalam larutan. Selain itu, bakteri tersebut juga mengubah senyawa yang bermolekul rendah menjadi alkohol, asam amino, CO2, H2S, dan sedikit CH4. Reaksi
3. Tahap pembentukan gas CH4
Setelah material organik berubah menjadi asam asetat, maka pada tahap methanogenesis dari proses anaerobic digestion adalah pembentukan gas CH4 dengan bantuan bakteri pembentuk metana seperti methanococus, methanosarcina, dan methano bacterium.
Proses ini berlangsung selama 14 hari dengan suhu 35C di dalam digester. Kondisi optimum berada pada pH 6,8 – 7,2.
Reaksi yang terjadi:
4H2(g) + CO2(g) CH4(g) + 2H2O
CH3CH2COOH + 1/2 H2O 5/4 CO2(g) + 7/2 CH4(g) CH3COOH CH4(g) + CO2
18
CH3(CH2)2COOH + 2 H2O + CO2(g) 4CH3COOH + CH4(g) CH3COO- + SO42- + H+ 2HCO3- + H2S
CH3COO- + NO- + H2O + H+ 2HCO3- + NH4+